不同時期追施氮肥對谷子穗分化期株高與生物量動態變化的影響

段宏凱， 王宏富， 魚冰星， 楊 健， 原向陽， 董淑琦， 郭平毅

(山西農業大學農學院，山西太谷 030801)

隨著全球性糧食資源的匱乏，人們對農業生產日趨重視[1-2]，谷子作為北方飲食習慣中必不可少的食物而備受人們重視[3]。因此，谷子的生長過程、品質、產量一直是研究重點。在谷子生長發育過程中，肥料起著非常重要的作用，缺乏肥料，會使谷子出現生長矮小、發育不良等狀況，其結果必然會影響到谷子植株的株高與生物量積累[4-6]。

氮肥在谷子生長發育過程中具有重要作用，在很大程度上影響谷子發育過程中株高的動態變化和生物量的動態積累過程[7-9]。目前為止，眾多學者在肥料對作物生長發育等方面進行了大量的探索與研究[10-12]，曾蓉通過對谷子形態特征及多種生理指標的分析，對在拔節期與孕穗期應追施多少氮肥進行了研究[13]；代小東等通過追肥增加了谷子頂3葉葉面積，從而提高谷子產量[14-16]；王艷玲等發現施用氮肥可以很明顯地改善谷子的產量相關性狀，并且可以明顯提高籽粒產量，而且隨著氮肥施用量的增加，產量有明顯的增加趨勢[17-19]。秦嶺等研究中指出，張雜谷5號的產量隨施氮水平的增加而迅速增長，當施氮水平超過一定值后開始緩慢下降[20-22]；張謹華等研究表明，逐漸提高谷子氮肥的施用量，谷子光合速率及產量的變化趨勢均表現為先升后降[23]。因此，要綜合提高谷子產量與品質，發揮其生產潛力，必須要制定適當的追肥技術[24]，適當的追肥技術能夠通過合理調節谷子的群體生長發育和干物質積累分配特點從而提高谷子產量與品質[25]。

前人在氮肥以及氮磷鉀的協同互促作用對谷子產量方面的影響進行了大量研究，基本上集中在不同處理對谷子成熟后株高的影響，但對追施氮肥、不追施氮肥及不同追施氮肥時期對幼穗分化時期谷子株高、根系干質量、莖稈干質量、葉片干質量的動態變化影響及其相互關聯程度的研究還鮮見報道。本試驗就追施氮肥、不追施氮肥及不同追施氮肥時期對旱薄地幼穗分化期谷子株高、根系干質量、葉片干質量、莖稈干質量的動態變化及相關關系設計試驗并展開研究，分析谷子株高在幼穗分化期的變化特點及各部分干質量的變化規律，從而確定氮肥的最佳施用時期，提高氮肥的利用效率，同時為旱地谷子的精確定量栽培技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗于2015年在山西農業大學農作站試驗基地進行，試驗基地位于山西省中部(112.34°E，37.25°N)，平均海拔 800 m，年均降水量471.9 mm，年平均氣溫9.7～10.5 ℃，無霜期176 d，為典型的大陸性季風氣候。土壤為輕度沙壤土，于2015年4月25日測得土壤中有機質含量為25.868 g/kg、全氮含量為1.949 g/kg、速效氮含量為152.4 mg/kg、有效磷含量為60.5 mg/kg、有效鉀含量為151.1 mg/kg，pH值7.77。

1.2 試驗材料

試驗所用谷子品種為晉谷21號，尿素作為肥料。

1.3 田間試驗設計

該試驗開始于2015年6月上旬，種植制度為一年一熟制。出苗(6月16日)后10 d開始追肥。試驗設5個處理：T0(空白對照)、T1(出苗期追肥)、T2(分蘗期追肥)、T3(拔節期追肥)、T4(抽穗期追肥)，每個處理重復3次。小區面積為 18 m2(3 m×6 m)，試驗采用隨機區組設計，等行距條播不覆膜種植，播種密度為30萬/hm2。6月5日播種，9月30日收獲。所用肥料為尿素，追肥量為450 kg/hm2。

1.4 取樣方法

植株形態測定：從幼穗分化開始，每隔2 d取1次樣，測定植株的株高、莖粗、全展葉張數、根系干質量、葉片干質量、莖稈干質量及產量。

株高：用直尺測定距根部最近的節間至最長葉葉尖的長度，cm。

根系、地上部(葉片、莖稈)干質量的稱量方法：將0～30 cm 土層內的根連土挖起，將其中的根全部揀出，用水洗凈根部泥土，常規方法烘干，然后測定每株地下部分(根系)、地上部分(葉片、莖稈)干質量，用電子天平稱量。每個處理重復3次。

產量的計算方法：每個小區隨機選取10株考種，得出每株產量，然后計算其平均每株產量，再與留苗數相乘得出小區產量，最后折合成每公頃產量。

總干質量=根系干質量+葉片干質量+莖稈干質量。

地上干質量/地下干質量=(莖稈干質量+葉片干質量)/根系干質量。

1.5 數據統計及分析

采用Excel 2010進行數據歸納整理，用DPS 7.05對數據統計分析。差異顯著性檢驗采用Duncan’s法，顯著性水平為0.05，極顯著水平為0.01。

2 結果與分析

2.1 各處理對谷子幼穗分化期株高的影響

幼穗各時期分化時間見表1。由圖1-a可知，追肥對谷子生長過程中的株高變化有顯著影響，7月9日時T0、T3、T4與T1、T2之間差異達到顯著性水平，T4處理在8月8—17日的日平均株高增長率在2.98%，顯著高于同期其他處理。不同時期追肥對谷子農藝性狀穩定后的株高有顯著影響，T2處理的株高顯著低于其他處理。谷子的株高變化率呈現雙“S”形增長，7月9—24日的日平均株高增長率為10%～15%，7月24日至8月2日的日平均株高增長率為2.0%～3.8%，8月2—8日的日平均株高增長率為7.15%～9.32%，8月8—17日的日平均株高增長率在1%左右。追肥后谷子在不同時間段株高變化情況不同，追肥后10 d左右谷子株高增長率小于對照處理，T3在7月9—24日的日平均株高增長率為9.95%，顯著低于T0(12.61%)，T4在8月2—8日的日平均株高增長率為6.42%，顯著低于T0(9.33%)。追肥后20 d左右株高增長效果最明顯，T1在7月9—24日的日平均株高增長率為17.28%，顯著高于T0(12.61%)，T4在8月8—17日的日平均株高增長率為 2.98%，顯著高于T0(1.05%)。追肥1個月后株高增長幅度較對照變小，T1在7月24日至8月2日的日平均株高增長率為2.24%，顯著低于T0(2.79%)，T2在8月2—8日的日平均株高增長率為7.14%，顯著低于T0的9.33%。

表1 幼穗各時期分化時間 月-日

2.2 各處理對谷子幼穗分化期總干質量的影響

由圖1-b可知，追肥的日均增長率均比不追肥的高。T0處理在幼穗分化期各個階段的日平均增長率呈逐漸降低趨勢，且在最后一階段呈現負值(-0.17%)；T1處理在幼穗分化期的日平均總干質量增長率在一級枝梗至二級枝梗分化期達到最大值(25.16%)后下降，但在幼穗分化期的最后階段日平均總干物質增長率為11.39%，顯著高于同期其他處理；T2處理在幼穗分化期的第一階段(生長錐伸長期至一級枝梗分化期)達到最大日平均總干物質增長率(48.37%)后呈現波動趨勢，且在最后一階段為-2.82%，顯著低于同期其他處理。T3、T4處理均在第二階段時出現最大日平均總干質量增長率，隨后增長率開始顯著下降，在最后一階段T3處理的總干質量開始下降，T4處理的總干質量增長明顯放緩。

2.3 各處理對谷子幼穗分化期地上干質量/地下干質量的影響

由圖1-c可知，谷子在幼穗分化期地上與地下干質量的比值中，各處理在三級枝梗分化期至小花分化期始終處于一個逐漸減小的趨勢。T0處理在幼穗分化期各個階段的比值呈現逐漸降低的趨勢，且在最后一階段為6.50，顯著高于同期其他處理。T1處理在幼穗分化期的地上干質量/地下干質量在二級枝梗分化期至三級枝梗分化期達到最大值(8.22)后下降。T2處理在幼穗分化期的一級枝梗分化期至三級枝梗分化期的比值維持在7.57～7.93的高位，之后開始下降。T3處理只在幼穗分化期中一級枝梗分化期至二級枝梗分化期的日平均增長率為正值，其余階段均為負值。T4處理由于對地上部分的促進作用大于地下部分，出現了幼穗期地上/地下干質量的最大日平均增長率，但由于后期對地下部分的促進作用大于對地上部分，再加上營養物質向籽粒中轉移，造成了地上干質量/地下干質量的日平均增長率最小。

2.4 各處理對谷子幼穗分化期根系干質量的影響

由圖2-a可見，T0處理下在幼穗分化的各階段根系干質量的日平均增長率均降低，在小穗剛毛分化期至小花分化期的根系日平均增長率為-2.55%，說明此時根系的營養物質開始上移，為灌漿期做準備，為籽粒提供營養。T1處理在幼穗分化期各個階段的日平均增長率基本沒有變化，在幼穗分化最后階段的日平均根系干質量增長率仍處于23.94% 的高增長率，為其高產奠定了基礎。T2處理的總日平均增長率為77.25%，較其他處理達到了顯著性差異，在最后一個階段的日平均增長率呈現負值，為-1.36%。T3、T4處理在幼穗分化期均出現了由于追肥后先減緩后促進其增長的現象，且最后一個階段均為正值，相比T2處理有增產的潛能。T4處理在二級枝梗分化期追肥，明顯促進了三級枝梗分化期至小花分化期，使其在幼穗分化期的總日平均根系干質量增長率顯著高于同期其他處理。

2.5 各處理對谷子幼穗分化期葉片干質量的影響

從圖2-b可以看出，T0處理在幼穗分化各階段的葉片干質量增長率是逐步降低的，在幼穗分化期最后階段的日平均葉片干質量增長率為-0.67%，說明葉片中的有機物質在轉移。T1處理下各階段的日平均增長率均為正值，在幼穗分化期最后一階段的增長率為10.57%，顯著高于同期其他處理。T2處理由于追施氮肥的促進作用使其在生長錐伸長期至一級枝梗分化期的日平均葉片干質量增長率(46.41%)顯著高于同期其他處理，在幼穗分化期最后一個階段的日平均葉片增長率為-3.00%，說明T2處理中葉片的有機物質在此時已經開始大量轉移，其葉片的衰老速率較快。T3、T4處理在一級枝梗分化期至二級枝梗分化期的日平均葉片干質量增長率均達到49%以上。各處理在幼穗分化期的總平均葉片干質量增長率隨著施肥時期的推遲而增長，施肥處理能夠顯著提高葉片干質量增長率。

2.6 各處理對谷子幼穗分化期莖稈干質量的影響

從圖2-c可以看出，T0處理的莖稈干質量在幼穗分化期各個階段的日平均增長率逐漸降低，在最后一個階段的增長率明顯放緩，僅為0.92%。T1處理各階段的日平均增長率在一級枝梗分化期至二級枝梗分化期達到最大值，為30.32%，之后開始下降，總平均莖稈干質量增長率為79.82%，在各處理中最低，但在最后階段仍維持在6.92%，說明T1處理有利于為籽粒灌漿提供充足的養分。T2處理的日平均莖稈干質量增長率始終在較大范圍內波動，T2、T3、T4處理在幼穗分化期的最后階段莖稈干質量日平均增長率呈現負增長，以T3負增長率最高，為-4.60%。T3、T4處理均在一級枝梗分化期至二級枝梗分化期的日平均莖稈干質量增長率最高，且以后各階段增長率均降低，其總平均增長率均高于其他各處理，以T3處理在幼穗分化期莖稈干質量的總日平均增長率最高，為104.97%。

2.7 試驗結果的驗證

為驗證試驗結果的實用性，于2016月6月上旬播種谷子，出苗后10 d追肥，每隔10 d設置1個施肥處理，共設置4個不同時期追肥的處理，每個處理重復3次。分別調查各處理在拔節期、孕穗期、三級枝梗分化期至小穗分化期、小花開花期、灌漿期的株高，得出幼穗分化期的株高日平均增長率分別為11.64%、3.67%、5.68%、3.82%，也呈現出快—慢—快—慢的特點。

3 討論與結論

本試驗中分5個時期調查幼穗分化期株高的變化情況，7月9日處于谷子的拔節期，是幼穗分化的前一階段，7月24日為孕穗期，是幼穗分化時期的一級枝梗分化期，8月2日為幼穗分化期小穗剛毛分化期，8月8日為小花分化期，8月17日為灌漿期。日平均株高增長率呈現快—慢—快—慢的特點，使得株高的增長曲線擬合成具有雙“S”形的特點。其中7月9—24日是本試驗中谷子的拔節期，是營養生長最為旺盛的時期，株高在此時的增長率會相對較高；8月2—8日是本試驗中谷子的孕穗末期，生物量開始緩慢減少，營養物質開始向籽粒中轉移，此時的營養生長較前一階段放緩，進入谷子營養生長的最后一個時期，株高的日平均增長率較前一階段相應提高一些；8月8—17日的日平均株高增長率較低，可能是因為此時已經進入生殖生長時期，營養生長已經基本停止，谷子全面進入灌漿期，株高的增長率變得較為緩慢，出現了較低的日平均株高增長率。

7月24日至8月2日日平均株高增長率較低，可能是由于此時處于一級枝梗分化期至小穗剛毛分化期，是營養生長與生殖生長的并進時期。幼穗分化期中葉片干質量、莖稈干質量以及根系干質量的增長量均是在此段時間內完成的。而且，幼穗分化期中一級枝梗分化期至小穗剛毛分化期的各部分生物量增加值與生長錐伸長期相應各部分生物量的比值較大。首先，各處理的根系干質量在幼穗分化期的一級枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長的量與生長錐伸長期的根系干質量的比值范圍為8.33～18.63，T2處理最低，T4處理可能是由于7月26日追施氮肥對此期的根系干質量促進作用顯著高于其他處理。其次，各處理的葉片干質量在幼穗分化期的一級枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長的量與生長錐伸長期葉片干質量的比值范圍4.77～7.70，同樣以T2處理最低，T4處理可能也是由于7月26日追施氮肥后顯著提高其葉片干質量增長率。再次，各處理的莖稈干質量在幼穗分化期的一級枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長的量與生長錐伸長期的莖稈干質量的比值范圍為9.11～13.75，以T1處理最低，為9.11，可能是由于T1處理延長了谷子生育期，使其在幼穗分化期的最后一階段仍然保持較高的日平均莖稈干質量增長率。T4處理可能由于7月26日追施氮肥后顯著促進其莖稈干質量增長。最后，各處理總干質量在幼穗分化期的一級枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長的量與生長錐伸長期的總干質量的比值范圍為7.06～11.06，同樣以T2處理最低，T4處理可能由于7月26日追施氮肥后顯著提高其總干質量增長量。

張亞琦研究認為，谷子在從拔節期向抽穗期的轉變過程中，谷子株高增長迅速，從抽穗期到成熟期，吸收養分緩慢，吸收量降低，株高將近最大值，沒有明顯增長值[26]，本試驗在株高動態變化的研究中得出的結論與之一致，本研究在生物產量動態變化方面的研究結果也與之相一致。馮夢喜等研究發現，谷子干物質積累主要集中在生長中后期[28]，本研究結論與之相似。綜上所述，T1處理對谷子幼穗分化期的農藝形狀有較好的積極作用，且使其株高低于對照處理。因此，T1處理能更好地調節谷子幼穗分化期的株高與生物量的變化情況。而T1時期追氮肥是否能夠起到蹲苗的作用還有待進一步研究；T2處理對谷子幼穗分化期的農藝性狀有負面影響，是否對谷子產生燒苗狀況還需繼續探討；T3、T4處理對谷子幼穗分化期的農藝性狀明顯高于空白對照，是否對谷子出現狂長的現象還未能得到結論。今后還將繼續在不同施肥時期是否會對谷子品質性狀產生顯著影響方面進行探討。

山西晉中地區種植晉谷21號時，株高在穗分化期的動態變化呈現雙“S”形，追不追氮肥及不同追氮肥時期均會對穗分化期的各部分生物量產生顯著影響。且生物量的增長趨勢與株高的增長趨勢呈負相關關系，因此在谷子栽培過程中可以通過合理調節施肥時期來影響幼穗分化期生物量與株高的變化情況，以利于谷子獲得較好農藝、產量及品質性狀。